Singapore chế tạo đồng hồ nguyên tử chính xác nhất thế giới

Các nhà nghiên cứu mới đây đã trình làng một thiết bị phá vỡ mọi kỷ lục, sử dụng sự dao động của các nguyên tử thuộc nguyên tố lutece (lutetium) để đo lường chính xác từng micro giây.

Kết quả nghiên cứu được công bố vào ngày 23/9 trên tạp chí Nature.

Đồng hồ được xây dựng bằng ion duy nhất của nguyên tố kim loại đất hiếm gọi là lutece (lutetium). Đồng hồ này chính xác đến mức nó sẽ chỉ chậm hoặc nhanh một giây sau mỗi 260 tỷ năm, tức gấp gần 20 lần tuổi của vũ trụ chúng ta.

Nó đạt độ chính xác cao gấp khoảng 4 lần so với thiết bị giữ kỷ lục trước đó là đồng hồ ion canxi do một nhóm thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc ở Vũ Hán phát triển, đồng thời vượt qua đồng hồ ion nhôm do Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ trình làng vào năm ngoái.

Đồng hồ nguyên tử đã xuất hiện từ những năm 1950. Những đồng hồ nguyên tử đầu tiên được chế tạo bằng các đồng vị phóng xạ của nguyên tố cesium - một kim loại màu ánh bạc và nhanh chóng trở thành "chuẩn mực vàng" trong đo lường thời gian.

Viện Cân đo Quốc tế (BIPM) đã sửa đổi định nghĩa về giây vào năm 1968 dựa trên bức xạ phát ra từ cesium-133. Theo quy chuẩn chính thức, 9,19 tỷ lần dao động của một nguyên tử cesium-133 tạo thành một giây.

Đồng hồ cesium đã giúp chuẩn hóa giây thành một đơn vị hữu ích cho cả mục đích nghiên cứu khoa học lẫn đo lường thời gian hàng ngày.

Kể từ những năm 1960, các kim loại phóng xạ khác, bao gồm yterbi (ytterbium) và stronti (strontium), cũng đã được ứng dụng để chế tạo đồng hồ nguyên tử. Ngày nay, chúng là nền tảng cho các hệ thống như GPS, Internet và công nghệ quân sự.

Tuy nhiên, ngay cả những đồng hồ nguyên tử hiện đại và cực kỳ chính xác cũng có những giới hạn nhất định. Ví dụ, chúng vẫn chịu ảnh hưởng bởi những biến động cực nhỏ về nhiệt độ, từ trường và trọng lực. Theo các nhà nghiên cứu, đồng hồ mới phát triển đã giải quyết được phần lớn các trở ngại đó.

Không giống các đồng hồ nguyên tử trước đây, đồng hồ lutece-176 của nhóm nghiên cứu Singapore không quá nhạy cảm với các yếu tố bên ngoài, đặc biệt là từ trường và nhiệt độ. Lutece-176 vẫn hoạt động chính xác ngay cả khi nhiệt độ bên ngoài dao động tới 5 độ.

Nhóm nghiên cứu cho biết một đồng hồ nguyên tử như vậy có thể trở thành chuẩn mực vàng mới của Hệ đo lường quốc tế (SI). BIPM dự kiến sẽ tái định nghĩa lại khái niệm "giây" vào năm 2030 dựa trên công nghệ đồng hồ nguyên tử hiện đại. Cho đến nay, nguyên tố lutece đang là ứng viên hàng đầu về độ chính xác.

Đồng hồ nguyên tử thế hệ mới cũng có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về một vấn đề cốt lõi của vũ trụ: liệu các hằng số nền tảng của vật lý, chẳng hạn như hằng số hấp dẫn G, có thực sự "hằng số" như chúng ta vẫn nghĩ hay không.